En General...

La cantidad y la estabilidad de una espuma producida por una preparación, está determinada por los factores que afectan el balance entre la parte hidrófila y lipófila del agente surfactante, por tanto la elección del tipo de tensiactivo depende de las necesidades de la preparación. La vida de dicha espuma consta de tres etapas: formulación, maduración y la persistencia a películas delgadas.

En Costa Rica se sigue la tendencia mundial en cuanto a los agentes espumantes utilizados, en lo que respecta a eficiencia y a compatibilidad con el medio ambiente. Sin embargo existen marcadas limitaciones de acceso y de ámbito financiero. Además no existe un protocolo establecido para verificar la espumabilidad de los productos elaborados, por tanto se plantea un procedimiento que se evaluará en el futuro.


11.21.2010

Aspectos de la formulación

Selección de surfactantes:

Surfactantes iónicos frente a no iónicos

Debido a su solubilidad en agua y a la rápida migración a la superficie, donde se combinan las repulsiones entre las cabezas polares y la cohesión lipofílica entre las cadenas, los surfactantes iónicos hidrosolubles son los más utilizados.
La presencia de carga por parte de este tipo de tensioactivos, aleja a las moléculas adsorbidas por la repulsión. Sin embargo este inconveniente no es significativo frente al que presentan los agentes no iónicos, los cuales ocupan gran espacio en la interface con sus largas cadenas poliéter. 
Pese a lo anterior, el mayor inconveniente q presentan los  surfactantes iónicos es la tendencia a la formación de una doble carga eléctrica que puede generar repulsión y efectos electrocinéticos. Además, en la capa gaseosa las cadenas lipófilas lineales favorecen el aumento de la viscosidad.

Factores que determinan la acción de un agente surfactante

·         Tamaño de los grupos hidrófilos y lipófilos: a mayor tamaño más importantes son las interacciones entre las moléculas adsorbidas y los sitios vecinos, mejorando la cohesión. Pero ocuparan mayor espacio en la interface disminuyendo la adsorción.
·         Relación entre la parte hidrófila y lipófila: en el caso de tensioactivos no iónicos, la adsorción disminuye si,  el número de grupos hidrófilos es bajo por lo que no es suficiente hidrosoluble, o si este grupo es muy voluminoso y ocupa gran espacio de la interface.
·         Largo de la cadena de ácidos grasos: este factor determina la disponibilidad en la interfase. Pues si la cadena es muy larga aumenta la afinidad por la fase lipófila,  y por tanto disminuye la eficiencia del  surfactante.
·         Ramificaciones de la cadena lipofílica.
·         Tipo y dimensión del contra-ión.

Aditivos

También llamados superespumantes, pues son productos empleados para obtener una sinergia de propiedades, así se logra una espuma estable y en gran cantidad.

Superespumantes:

Algunos de ellos coexisten naturalmente con el surfactante principal, prolongando así la vida de la espuma, tal es el caso del dodecanol con dodecil sulfato. Lo anterior ocurre pues el dodecanol se segrega a la interface, debido a que es una sustancia mucho menos hidrófila que el dodecil sulfato y por ello más tensoactivo, es decir, que se adsorbe más fácilmente.
El tensoactivo más utilizado como agente espumante competitivo en los champús es el Lauryl éter sulfato, que no es otro que el dodecil sulfato en el que se le ha incorporado dos grupos óxido de etileno para recluir un poco su carácter iónico y aumentar la adsorción.

Otro consta de una mezcla de acido graso-jabón.  El ácido, que no encuentra carga, puede desplazarse entre las moléculas de jabón, y como en el caso precedente se puede mejorar la adsorción y la cohesión.
La ecuación de disociación indica que la proporción de ácido libre en la fase acuosa disminuye cuándo el pH aumenta, independientemente del ácido empleado. Como éste ácido libre en fase acuosa está en equilibrio con el ácido libre adsorbido, se espera a que la cantidad de ácido no disociado en la interfase disminuya también cuando el pH aumenta, generando una espumabilidad máxima. A pH inferior a éste pH óptimo en materia de espumabilidad, la mezcla jabón + ácido no disociado no es suficientemente hidrófilo (no hay suficiente jabón), y a pH superior no hay suficiente ácido disociado en el interior para mejorar la adsorción.
En ciertas formulaciones, se agrega una pequeña cantidad de aceite en los jabones, lo que puede parecer contradictorio ya que se comprueba frecuentemente que el aceite tiene un efecto antiespumante. En éste caso, la presencia de aceite puede introducir un equilibrio de parte líquido-líquido del ácido no-disociado que entra en competencia con el equilibrio de disociación en fase acuosa. Como consecuencia, la constante de disociación aparente puede ser considerablemente modificada, lo que altera la combinación ácido-jabón en la interfase y por tanto el pH óptimo. En la práctica, un poco de aceite puede disminuir el pH del cual se obtiene la máxima espumabilidad, lo que puede ser ventajoso para obtener un producto menos irritante.

Son superespumantes las alcanolamidas de tipo lauryl-myristyl mono-etanol amida, lauryl-myristyl isopropanol amida o lauryl myristyl di-etanol amida. Los cuales  se le incorporan a los sistemas con surfactantes aniónicos que poseen una cadena alquil similar (C12-C14).  Éstas moléculas no-iónicas se ubican entre las moléculas cargadas de tensoactivo aniónico, obtiendo un aumento de la adsorción y de la viscosidad superficial.
Estos aditivos son menos hidrosolubles que el tensoactivo principal y ello reduce por tanto la CMC. Por otra parte, su carácter no-iónico permite trabajar con un agua dura contenida hasta de iones divalentes. Ellos poseen de todas formas un inconveniente mayor, que es su inestabilidad química a pH ácido.

Los óxidos de alquilaminas grasas en C12-C14, los cuales son también utilizados como superespumantes son estables en medio ácido hasta pH 3. Aunque sean sustancias no iónicas según su fórmula, parece que éstas sustancias actúan de hecho de forma protonada como un surfactante catiónico del tipo alquil dimetil hidroxiamonio. Existe de hecho un equilibrio entre la forma no-iónica y la catiónica, pero la forma catiónica se diferencia por combinarse con los tensoactivos aniónicos, y el equilibrio es desplazado, sin embargo a pH elevado.
Cada molécula catiónica se combina con una molécula aniónica para formar un complejo “cataniónico” esencialmente no-iónico y que posee dos cadenas alquil, y por tanto mucho menos hidrófila que las sustancias originales. Como consecuencia se produce una fuerte cohesión que favorece la espumabilidad por diversos efectos.

Mezclas aniónicas–catiónicas superespumantes se encuentran en ciertos productos espumantes comerciales , que contienen una baja proporción (5-10% del surfactante total) de surfactante catiónico cuaternario de tipo alquil trimetil amonio, combinado con un alquil sulfato de igual cadena, en general C12-C14 para mantener una buena solubilidad en el agua.
La capa de surfactante adsorbido presenta entonces cargas alternadas positivas y negativas que le confiere una excepcional cohesión, ya que las cargas producen una atracción en vez de una repulsión. Por otra parte, el carácter parcial no-iónico disminuye la solubilidad y la CMC y aumenta la tensoactividad. Proporciones fuera de las  indicadas presentan precipitación.

Efecto de la temperatura:

La temperatura actúa sobre prácticamente todas las interacciones moleculares y se espera por tanto a que ésta modifique todos los fenómenos y mecanismos enunciados antes. En general un aumento de la temperatura, tiende a reducir la adsorción, lo que es desfavorable para formar y estabilizar una espuma. Para contrarrestar el efecto de un aumento de temperatura, hará falta compensar la disminución de adsorción por medio de otro efecto que aumente la cohesión entre las moléculas adsorbidas.


¿Cómo funciona el agente surfactante?
(El agente surfactate rompe la tensión superficial del agua)

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